Automatización del proceso de remachado

Un fabricante de escaleras utiliza una máquina remachadora hidráulica de cuatro cabezales personalizada que coloca simultáneamente cuatro remaches de 0,1875 pulgadas de diámetro. Foto cortesía de National Rivet & Manufacturing Co.

La formación orbital de remaches de gran diámetro o piezas tubulares a veces requiere un conjunto especial de cabezal de tres rodillos en lugar de un martillo. Foto cortesía de ECI Spinnomatic LLC

A finales de 2013, un fabricante de paneles solares instaló dos alimentadores automáticos GB8000 personalizados para acelerar la producción de marcos de paneles. La unidad alimenta automáticamente los remaches a la herramienta de remachado. Foto cortesía de Gage Bilt Inc.

Este cabezal de potencia neumático M-500 está integrado en un sistema de remachado orbital totalmente automatizado. Foto cortesía de Orbitform

En el corazón de esta celda de trabajo se encuentra el controlador de proceso HPP25, que garantiza un remachado consistente incluso si los remaches varían en dureza. Foto cortesía de BalTec Corp.

Durante la Segunda Guerra Mundial, Rosie la Remachadora hizo más que simplemente inspirar a las mujeres estadounidenses a apoyar el esfuerzo bélico uniéndose a la fuerza laboral. También concientizó al país sobre la importancia del remachado manual para construir un ejército fuerte y ganar la Segunda Guerra Mundial. Hoy en día, fabricantes como Airbus son igualmente conscientes de la importancia del remachado semiautomático y totalmente automático para fabricar productos de calidad y optimizar la producción.

Airbus ha estado construyendo los paneles de las alas para la familia de aviones A320 en su planta de ensamblaje de Broughton, Reino Unido, desde 1997. Los paneles se ensamblan en celdas de trabajo utilizando máquinas de remachado electromagnético de bajo voltaje (LVER).

Cada celda de trabajo consta de una máquina y dos paneles laterales. Fabricada por Electroimpact, la máquina instala remaches, pernos de bloqueo tipo muñón, collares livianos de proporción ranurada (LGP) y pernos temporales con cabeza al ras en la superficie superior de los paneles del ala. La máquina tiene cabezales de sujeción separados para los lados de revestimiento y larguero del panel del ala, que está orientado verticalmente en el dispositivo.

Al inicio del proceso, los cabezales de sujeción sujetan el conjunto del panel con hasta 2000 libras de fuerza para evitar la separación de componentes y rebabas en la interfaz. Luego, una mesa lanzadera utiliza un husillo para perforar el orificio del remache y se introduce un remache a través de un tubo hasta la remachadora electromagnética.

La mesa lanzadera inserta el remache en el agujero y mide su saliente. Si es incorrecto, se retira el remache. Si es correcto, el remachador forma el remache y la mesa lanzadera fresa la cabeza del remache hasta la altura adecuada (al ras a +0,002 pulgadas). Finalmente, los cabezales de sujeción se sueltan y la máquina pasa a la siguiente ubicación del sujetador.

Para Airbus y otras empresas aeroespaciales, máquinas como la LVER son esenciales. Sin embargo, los fabricantes no aeroespaciales no necesitan hacer una inversión tan grande en equipos para disfrutar de los beneficios del remachado semiautomático o totalmente automático. Ya sea instalando remaches ciegos en utensilios de cocina o remaches sólidos en componentes de muebles, los ensambladores tienen numerosas opciones para automatizar el proceso.

Tanto la industria automotriz como la aeroespacial han sido las primeras en adoptar la tecnología de remachado automático.

Fran Cyr, presidente y tesorero de National Rivet & Manufacturing Co., dice que la compañía introdujo una máquina remachadora semiautomática a principios de los años 1940. La máquina ha sido utilizada durante mucho tiempo tanto por los fabricantes aeroespaciales como por los de automóviles.

"Su funcionamiento básico no ha cambiado mucho en más de 70 años", señala Cyr. “El operador carga las piezas de ensamblaje y activa la máquina presionando un botón o usando un interruptor de pie. El remachado tarda un tercio de segundo y el trabajador retira la pieza terminada”.

Desde mediados de la década de 1940 hasta finales de la de 1960, el uso del remachado semiautomático por parte de la industria automotriz siguió siendo mínimo, principalmente para bisagras de puertas y conjuntos de pestillos. Aumentó un poco con la llegada de robots a las plantas a principios de los años 1970 para mantener el ritmo de la producción. Pero su verdadera fase de crecimiento, incluido el uso de remachado totalmente automatizado, comenzó a mediados de los años 1980.

Unos 30 años después, los fabricantes de automóviles dependen del remachado semiautomático o totalmente automático para ensamblar componentes de asientos, zapatas y forros de freno, bisagras de puertas y pestillos del piso y del capó. Los productos más complicados incluyen portadores de transmisión, percutores de puertas y capó (que unen el cable del percutor a una placa de acoplamiento), convertidores de torsión y pernos esféricos (que unen el perno de rótula a una placa de acoplamiento).

“El enorme auge de la industria automotriz a mediados de la década de 1990 realmente les exigió automatizar sus procesos de remachado”, dice Chuck Rupprecht, vicepresidente y gerente general de BalTec Corp. “A menudo, el remachado de piezas simples como un encendedor se puede automatizar completamente. Los conjuntos más especializados, como los mecanismos de asiento y los mecanismos de cierre para puertas, suponen un mayor desafío para el remachado totalmente automatizado. Muchas de estas piezas se mueven sobre transportadores o indexadores donde el remachado se realiza en una de las estaciones y las funciones de ensamblaje a menudo se completan en otras estaciones”.

El remachado automatizado comenzó a afianzarse en la industria aeroespacial a principios de los años 1990. Desde entonces, los fabricantes han automatizado cada vez más sus procesos de remachado al ensamblar el fuselaje y los paneles de las alas.

En julio pasado, Boeing introdujo un proceso automatizado de perforación y remachado para el fuselaje del 777. La compañía espera que el proceso reduzca el tiempo de flujo de ensamblaje a casi la mitad. Durante los últimos años, Airbus ha hecho que robots instalen más de 3.000 remaches ciegos en cada ala del avión de pasajeros A330.

Hacer el cambio del remachado manual al automático a menudo presenta varios desafíos para los fabricantes. Dos de los más comunes, según Kyle Lang, director de ventas de Gage Bilt Inc., son mantener niveles de producción suficientemente altos y tener suficiente espacio en la línea de montaje para el equipo. Las empresas también deben ser realistas en cuanto al ROI de los equipos. A veces, las máquinas pueden tardar algunos años, en lugar de varios meses, en amortizarse por sí solas.

"Cuando un fabricante pasa del remachado totalmente manual al totalmente automático, la fijación de piezas suele ser un desafío mayor que el remachado en sí", afirma Rupprecht. “En el proceso manual, el operador sujetaba las piezas, colocaba el remache y tal vez incluso lubricaba un poco el remache o el conjunto de la pieza antes de formarlo. Ahora, el sistema totalmente automatizado debe realizar todos estos pasos del proceso”.

A finales de este mes, BalTec planea finalizar la instalación de un sistema de remachado semiautomático de seis estaciones para un proveedor de nivel 1 de un componente de transmisión de camión. El componente es un anillo de metal que mejora la eficiencia del combustible y la facilidad de cambio. Rupprecht dice que el sistema reemplaza tres estaciones manuales de un solo operador.

Hasta ahora, el operador colocaba tres pasadores en un dispositivo, montaba el componente en los pasadores y activaba una prensa neumática para empujar los pasadores hasta una profundidad preestablecida. Luego, el componente se montó en un indexador, se indexó tres veces debajo de una remachadora radial (que forma cada pasador) y el operador lo extrajo.

Con el nuevo sistema, el operador seguirá cargando los pasadores y el componente antes de remachar y retirará el conjunto terminado. Sin embargo, BalTec ha automatizado todas las funciones relacionadas con la prensa y el remachado, e incluyó un sistema de visión para la verificación de piezas. El tiempo del ciclo es de aproximadamente 45 segundos y el sistema funcionará en dos turnos de 8 horas, cinco días a la semana.

Otro desafío es cambiar de una máquina de un solo remachador a una que instale múltiples remaches para aumentar la productividad. Bob Wood, presidente de ECI Spinnomatic LLC, dice que un proveedor de nivel 1 de palancas de freno de mano hizo el cambio con éxito hace varios años. La empresa utiliza una máquina remachadora orbital con cabezal de tres husillos para formar tres remaches en una pieza, en lugar de tres máquinas en las que cada una forma un remache. Wood dice que la empresa ha remodelado las otras dos máquinas para remachar otras piezas.

La geometría de la pieza debe abordarse cuidadosamente antes de cambiar al remachado automático, destaca Bryan Wright, vicepresidente de ventas de Orbitform. Dice que los fabricantes deben preguntarse: ¿Qué tan fácil es cargar y descargar automáticamente la pieza? Para operaciones de gran volumen, los problemas de carga pueden provocar un mayor tiempo de ciclo.

"Remachar diferentes tipos de piezas en la misma máquina automatizada puede generar problemas de calidad si no existe un mecanismo para identificar adecuadamente qué pieza se está remachando", señala Wright. "Una forma de evitar problemas es utilizar un sistema de etiquetado RFID en los accesorios donde se asientan las piezas".

Los fabricantes de automóviles y aeroespaciales no son los únicos que se benefician del remachado automatizado. Los fabricantes de dispositivos médicos también están adoptando la tecnología.

Los fabricantes de tijeras quirúrgicas, pinzas, implantes e instrumentos endoscópicos suelen utilizar la versión servo de los cabezales eléctricos Orbitform en sistemas de remachado totalmente automatizados para cumplir con las normas de sala limpia. Este cabezal motorizado cuenta con tecnología que le permite determinar la longitud del remache y monitorear continuamente su posición relativa al remache, lo que resulta en una formación muy precisa de cabezas de remache de hasta 0,75 pulgadas de diámetro. También está disponible una versión neumática del cabezal motorizado.

La versión servo del cabezal motorizado M-500 ofrece una fuerza descendente máxima de 10,000 libras a 100 psi, mientras que la versión neumática ofrece 4,400 libras a 100 psi. Ambos modelos tienen una carrera máxima de 2,5 pulgadas, que se puede ajustar manualmente en el cabezal motor.

El monitoreo del proceso de un sistema automatizado garantiza un remachado consistente, incluso si los remaches varían en dureza, algo común porque se fabrican por millones. El controlador de procesos HPP25 de BalTec también mejora la rentabilidad del remachado y de las piezas ensambladas.

Rupprecht dice que el controlador reconoce el inicio del remache después de solo 2 milímetros de recorrido de la herramienta, eliminando la necesidad de reducir la presión o la velocidad durante el proceso de remachado. Ofrece 39 modos de remachado y seis parámetros de control: distancia de formado, tiempo de remachado, fuerza de remachado, distancia del husillo, contacto externo y altura del cabezal de remachado. Todos los datos de remachado se muestran como curvas en un gráfico y se pueden exportar e importar a través de interfaces USB y Ethernet.

A veces se utiliza el remachado orbital automatizado para formar remaches de gran diámetro o piezas tubulares, señala Wood. Estas aplicaciones requieren un conjunto especial de cabezal de tres rodillos para formar la pieza en lugar de un granallado.

Desde 2012, un proveedor de nivel 1 ha utilizado un sistema de remachado orbital personalizado de ECI para formar una pieza tubular. El conjunto de cabezal de rodillo del sistema semiautomático forma el diámetro interior del tubo y luego el diámetro exterior del tubo. Un proceso separado coloca un clip de plástico en el tubo. El clip tiene dos cables que se conectan a un encendedor del tensor del cinturón de seguridad.

Anteriormente, el rollo del cliente formaba el diámetro exterior del tubo con el conector de plástico ya colocado en su lugar. Este proceso era irrepetible, muchas veces aplastaba el clip y cambiaba la forma final del tubo, provocando que quedara fuera de tolerancia.

Entre las muchas herramientas que ofrece Gage Bilt se encuentra el GB8000, una unidad automatizada que los fabricantes comerciales y aeroespaciales utilizan para alimentar e instalar una amplia variedad de remaches ciegos estructurales y no estructurales. Hay disponibles modelos en línea y con empuñadura de pistola y cuentan con un alimentador de tazón que contiene de 200 a 300 remaches. La máquina de bajo mantenimiento se programa en función de las especificaciones del remache ciego que se va a instalar.

A finales de 2013, un fabricante de paneles solares instaló dos GB8000 personalizados para acelerar la producción de marcos de paneles. Las unidades instalan un remache ciego estructural de alta resistencia de 0,25 pulgadas cada tres a cinco segundos, dependiendo del desempeño del operador. Lang dice que el tiempo del ciclo del fabricante se ha reducido a la mitad.

Un fabricante de escaleras también se ha beneficiado del remachado automático. National Rivet construyó recientemente una remachadora hidráulica personalizada de cuatro cabezales que coloca simultáneamente cuatro remaches de 0,1875 pulgadas de diámetro. También garantiza una producción de piezas consistente y precisa, afirma Cyr.

National Rivet modificó su remachadora más grande y potente, el modelo 3160, para incluir cuatro tolvas, mecanismos de alimentación, yunques e impulsores. La máquina también cuenta con un brazo personalizado para adaptarse a la forma inusual del peldaño de aluminio de la escalera.

"Al colocar cuatro remaches a la vez, el cliente obtiene un producto más atractivo y de mayor calidad a un costo menor", señala Kevin Klapperich, gerente de la división de máquinas de National Rivet. "¿Que es no gustar?"

Jim es editor senior de ASSEMBLY y tiene más de 30 años de experiencia editorial. Antes de unirse a ASSEMBLY, Camillo fue editor de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal y Milling Journal. Jim tiene un título en inglés de la Universidad DePaul.